¿QUÉ ES UNA NANO – BURBUJA? ¿APLICACIÓN DE LAS NANO – BURBUJAS? ¿CÓMO SE PRODUCEN LAS NANO – BURBUJAS? ¿CÓMO CARACTERIZAR LAS NANO – BURBUJAS? BENE BENEFI FICI CIOS OS DE USAR USAR NANO NANO – BURB BURBUJA UJAS S PARA PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS
¿QUÉ ES UNA MICRO/NANO – BURBUJA? Se considera una micro burbuja aquella burbuja fina con un diámetro de 1 a 100 micras (1µm a 100 µm). La nano - burbuja es aquella burbuja fina con diámetro menor a 1 µm.
Cuando un milímetro cúbico de aua se llena de micro!nano burbujas (1 µm de diámetro)" el área de contacto entre el aua # las burbujas es 10.000 $eces ma#or que el área de contacto de una burbuja normal (1mm de diámetro). %e esta manera se aumenta dramáticamente la tasa de transferencia de as suministrado (aire" o&íeno" o'ono" di&ido de Carbono" entre otros) # aumenta la acti$idad de bacterias aerbicas en el líquido.
La flotabilidad de una burbuja es roorcional al $olumen de aire contenido en ella" las burbujas de 1 milímetro cuadrado flotan a una $elocidad de 0.*+1 ies or seundo o *+10 $eces más ráido que una micro!nano - burbuja" la cual flota a una $elocidad de 0.0001 ies or seundo" ermaneciendo en el aua or un tiemo ma#or.
Las micro!nano burbujas son de cara neati$a debido al aumento en la concentracin de iones alrededor de la interfase as-aua de la nano burbuja.
, medida que las micro!nano burbujas flotan" caturan los slidos (contaminantes) susendidos en el líquido lle$ándolos a la suerficie. %ado que dicos slidos en
susensin no son uniformes en tamao ni forma" las burbujas randes fallan en atraarlos" en cambio" las micro!nano burbujas ueden enetrar en equeos esacios de los contaminantes" en$ol$i/ndolos en su totalidad en una bola de equeas burbujas" # aci/ndolos flotar.
APLICACIONES DE LAS MICRO-NANOBURBUJAS 1. Camo ,mbiental ,licacin de microburbujas ara el tratamiento de auas # auas residuales. Pan Li and Masayoshi Takahashi. urificacin de la Calidad de ,ua. Koji MIchioku. •
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. Camo 2ndustrial 3a$orecimiento ambiental con tecnoloías de limie'a usando microburbujas. Makoto Miyamoto. Características del asleo que contienen micro # nanoburbujas de aire. Yasushito Nakatake, Takashi Watanabe, # Toshihiko Eguchi. •
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*. Camo 2nenieril %esarrollo de microcásulas uecas. Toshionori Makuta, iro!umi "aiguji, # #umio Takemura. %esarrollo de una t/cnica antidisol$ente # cristali'acin reacti$a. Kaoru $noe # Masaka%u Matsumoto. •
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4. 5. +. 6.
2ndustria de comida Camo en aricultura" marina # cría de anados Camo en medicina Camo de fluidos dinámicos
PRODUCCIÓN DE MICRO-NANOBURBUJAS M&todo basado en 'a (atente )M&todo (ara 'a (roducci*n de micro y nanoburbujas monodis(ersas mediante co+!'ujo giratorio de Gañán A, Herrada M.. -niersidad de /ei''a 0Es(a1a2
Obje!"# $e %e !&"e&'!(& $e% )*#$# Consiste en un m/todo ara roducir micro-burbujas de tamao uniforme utili'ando un flujo co-a&ial de líquido que está sometido a una ele$ada $elocidad anular en la direccin de la corriente" enerándose un tamao de burbuja de tamao menor en comaracin a otro m/todo que utilice co-flujo. 7l as que enera las micro-burbujas es in#ectado coa&ialmente a tra$/s de un tubo cailar ubicado cerca de un orificio eneralmente circular o una tobera con$erente con simetría de re$olucin" a tra$/s del cual descara la corriente co-a&ial rotatoria de líquido # las burbujas de as. La rotacin del líquido enera una alta deresin en el eje de iro" formando corros de as e&traordinariamente finos que dan luar a burbujas mu# equeas.
A%+,&# )*#$# .0 .0#$,'!0 )!'0#-&&#b,0b,j 1. . *. 4.
,itacin $iorosa # me'clado de dos fases. (8) aso for'ado de fases a tra$/s de equeos orificios una o $arias $eces. (8) aso for'ado de as a tra$/s de membranas orosas. (8) %escara de un as a tra$/s de equeos orificios o tubos alrededor de los que se fuer'a una corriente de líquido. (8) 5. 3ormacin de nanoburbujas or ultrasonido. +. %isolucin de cierta cantidad de as mientras se somete a resin el líquido" # descomresin osterior. 9m/todo termodinámico: 6. ;so de la tecnoloía <3lo= 3ocusin>? Se fuer'a un líquido a asar a tra$/s de un orificio # suficientemente cerca de este ara que se forme un menisco cailar estacionario en forma de cúside" de cu#o $/rtice emana una corriente de microbubujas 9m/todo sofisticado: (*) Los métodos 1, 2, 3 y 4 no logran un sistema monodisperso para micro-burbujas de diámetro inerior a 3!"m#
E1,e) $e !&"e&'!(& 7n la 2!+,0 1" la línea a tra'os 3 indica un ejemlo de línea tíica en esiral" mostrando un iro coa&ial con la direccin de descara de los fluidos a tra$/s del orificio de salida 4. 7l tubo cailar 5 in#ecta un caudal dado de alún tio de fluido <,> aro&imadamente en el eje de simetría a&ial de la salida 4" a tra$/s de la cual descara el fluido <@> in#ectado auas arriba en la cámara 6. 7l fluido , uede formar" a la salida del tubo 5" un menisco 7 en forma de cúside de cu#o $/rtice emere una corriente de microburbujas o micro-otas 8.
La 2!+,0 6" muestra la seccin lateral ara un ejemlo de oeracin # condiciones eom/tricas dadas. Los números de los ejes indican medidas en $*'!) $e )!%9)e0#. ,? aire" @? aua" $elocidad má&ima de entrada en el cailar es 0.05m!s # se suone un erfil arablico. Aelocidad má&ima de entrada de corro de aua es 1m!s # se suone un erfil arablico. Siendo :; Sin iroB :b; Con iro coa&ial de 1m!s. Se an considerado en esta simulacin dominios como? inercia" $iscosidad" tensin suerficial utili'ando la t/cnica
7n la 2!+,0 3" se muestra una fotorafía de un disositi$o construido seún m/todo descrito. Consta de un tubo de $idrio de 4mm de diámetro e&terior # 1. mm de diámetro interior" # que termina en una tobera como se ilustra. 7l as es in#ectado a tra$/s de un tubo de &ido de silicio de *+5µm de diámetro e&terno # 100µm de diámetro interno" terminado en un e&tremo cnico" que se monta conc/ntricamente en el tubo de $idrio mediante un ilo de acero ino&idable de 0.4mm de diámetro en forma esiral. %ico ilo de acero cumle 6 2,&'!#&e. 1) ,seura la concentricidad del tubo de as. ) 2nduce el necesario flujo iratorio al líquido que se fuer'a a asar entre tubo de as # tubo e&terior con la tobera.
De'0!.'!(& $e % !&"e&'!(& 7ste m/todo roone la eneracin de microburbujas de tamao =#)#+*&e# # muco más equeo que el roducido or la t/cnica <3lo= 3ocusin> a iualdad de condiciones de oeraciones (caudal de as-líquido # resin en la alimentacin)" utili'ado una eometría análoa a la de esta última t/cnica" ero for'ando al líquido a irar en la direccin de la corriente" de manera que las líneas de corriente del líquido son =*%!'e '#>!%e. ara ello" el orificio de salida a de ser sustancialmente circular" # el as debe ser alimentado de forma sustancialmente coa&ial # a&ilsim/tri&a resecto del orificio de descara. 7sta in$encin ace uso de la distribucin radial de las resiones que se roduce en un flujo iratorio de líquido" enfocado o for'ado a discurrir a tra$/s de un orificio o canal circulara ara estabili'ar una corriente de as in#ectada en su eje de iro. La corriente de as mencionad" en forma de menisco con cúside # con dimensiones tíicas entre 1nm # $arios milímetros" es alimentada de forma sustancialmente coa&ial con el eje de iro de la corriente de líquido" que a su $e' a$an'a en la direccin de dico eje. Cuando se desea roducir burbujas de tamao microm/trico" debido a las equeísimas dimensiones de la corriente de as" este flu#e en condiciones en las que las fuer'as de tensin suerficial son dominantes" o al menos !).#0&e. %icas fuer'as roducen finalmente la rotura de la corriente de as en burbujas de dimensiones conmensurables con las del corro de as que se roduce en el eje de iro" tras la intencin del as desde una fuente (tubo caital) tambi/n coa&ial con todo el sistema. Consecuentemente" el resultado final de la in#eccin de as en las condiciones mencionadas es una corriente de micro- o nano-burbujas disersadas en el eje de iro del sistema. 7sta in$encin se caracteri'a or que el disositi$o ace uso de una eometría a&ilsim/trica del tio " en la cual se fuer'a una corriente de fluido a circular a tra$/s de un orificio o canal de seccin circular desde otro ámbito o cámara de auas arriba" de dimensiones sustancialmente ma#ores que las del mencionado orificio o canal de salida. %ica corriente se roduce siemre ara esta in$encin en condiciones en las que las fuer'as de $iscosidad son menos imortantes que la inercia del fluido. 7n esta in$encin" el fluido enfocante siemre es un líquido. 7l fluido enfocado uede ser un as o un líquido de densidad más baja que la del fluido enfocante. ,demás" tambi/n se caracteri'a esta in$encin or que el roio fenmeno de " or conser$acin del momento cin/tico" roduce una amlificacin o manificacin de la $elocidad de iro e&istente auas arriba" o incluso uede crear las condiciones ara las que cualquier irreularidad acimutal del disositi$o rodu'ca asimetrías que se con$ierten en un iro intenso cuando el fluido atra$iesa la salida. Dás aún" esta in$encin tambi/n está caracteri'ada or que cuando se in#ecta en el eje de iro de la corriente iratoria coa&ial de líquido una corriente de un fluido de menor densidad" or ejemlo" un as" este tiende a ocuar la rein donde la resin es menor" es decir" el eje de iro. Si dica corriente forma un corro continuo" la tendencia mencionada a ermanecer en el eje de iro es contrauesta a la que ro$ocan las fuer'as de tensin suerficial que se oriinan en la entrefase entre los dos fluidos" si ambos son inmiscibles. 7l resultado de la mencionada contraosicin de fuer'as es que el corro roducido se estabili'a" # or tanto uede in#ectarse en forma de corro localmente estable un caudal muco menor que en ausencia de iro. 7n otras alabras? en ausencia de iro" la corriente in#ectada otearía sin formar corro
ara las condiciones en las que" con iro" la misma corriente in#ectada formaría un finísimo corro. ;na $e' que el corro formado en el eje de iro discurre auas abajo a lo laro de una cierta distancia" las erturbaciones naturales del sistema son amlificadas or la tensin suerficial #" finalmente" la erturbacin de lonitud de onda que crece más ráidamente rome a corro en forma de burbujas o otas de tamao comarable al del diámetro del corro formado auas arriba. ;na característica fundamental de esta in$encin es que las burbujas eneradas son muco más equeas que las que se roducen bajo las mismas condiciones de flujo a&ial # la misma eometría" ero sin iro. ,demás" es necesario auntar tambi/n que otra característica de esta in$encin" comartida con otras in$enciones microfluídas" es que la imortancia de las fuer'as de tensin suerficial ace que la diferencia de $elocidad de crecimiento entre las erturbaciones de distintas lonitudes de onda sea mu# sinificati$a" # or tanto el sistema actúa como un filtro dinámico e&traordinariamente efecti$o? tan efecti$o que no solo fa$orece el crecimiento de una sola lonitud de onda frente a las demás" sino que la erturbacin filtrada actúa como de realimentacin de auas arriba" roduci/ndose un del sistema en torno a una sola frecuencia (o $arias arecidas). Como consecuencia de este fenmeno esencialmente ro$ocado or la tensin suerficial" las burbujas o otas resultantes son de tamao fundamentalmente omo/neo.
BIBLIOGRAFIA 1. EinSol 9=eb en línea:. Colombia? Dicro!Fano burbujasB 9consultado 10 de mar'o 011:. %isonible en? tt?!!===.=insololdins.com!inde&.G otionHcomIcontentJ$ie=HarticleJidH*KJ2temidH01JlanHes! . sue M. Dicro- and Fanobubbles. 3undamentals and ,lications. 1N ed. ;S,? an Stanford ublisinB 014. *. Oaán ," Merrada D" titularesB D/todo ara la roduccin de micro- # nanoburbujas monodisersas mediante co-flujo iratorio. 7saa atente EP010!01K+1 ,1 4. Co. SM" Qim. R" Cun RM" Qim. R%. ;ltrasonic formation of nanobubbles and teir 'eta-otentials in aqueous electrl#te and sufractant solutions. Colloids and Surfaces. 3eb 005" 4(+T)?K-*4.
